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基于扰动观察法的Boost电路实现光伏阵列
的MPPT策略
朱海勇
,东南大学电气工程学院~南京市玄武区四牌楼2号,
PhotovoltaicArrayMPPTBasedonPerturbationandObservationMethod
ZHUHai-yong
(SchoolofElectricalEngineering,SoutheastUniversity,NanjingXuanwuFourArchesonthe2nd)ABSTRACT:Duetothenonlinearcharacteristicsof都可以导致输出特性发生较大的变化,为了photovoltaicarrayoutput,inordertoincreasethe提高光伏系统的效率,充分利用光伏阵列产outputefficiencyofphotovoltaicpowergeneration生的能量,因此需要光伏阵列的输出始终保system,itneedstobethemaximumpowerpoint持最大,系统要求实时地跟踪光伏阵列的最tracking(MPPT),perturbationandobservation大功率点。要解决此问题可在光伏阵列与负methodisproposedbasedonthemaximumpower载之间加入最大功率点跟踪装置,即MPPT。、负载特性等outputpowerofthephotovoltaicjudgmentbased
方面的差异,光伏阵列最大功率跟踪的方法photovoltaiccellsbyregulatingtheoutputvoltage,in
也多种多样。目前比较常见的控制方法有扰ordertoachievemaximumpowerpointtracking.
KEYWORDS:pvarraypowergeneration;maximum动观察法(Perturbation&Observation,P&O)、powerpointtracking;disturbanceobservationmethod恒定电压法(CVT)、电导增量法、模糊逻辑
控制法等。摘要:由于光伏阵列输出特性具有非线性,为了提
高光伏发电系统的输出效率,需要对其进行最大功
率点跟踪(MPPT),提出了基于扰动观察法的最大,光伏电池阵列特性分析功率点跟踪方法。该控制方法以光伏输出功率的变
化为判断依据,通过对光伏电池的输出电压进行调在光伏系统中一般要求太阳电池始终节,从而实现最大功率点跟踪。输出最大功率,即系统要能跟踪太阳电池输关键词:光伏阵列发电;最大功率点跟踪;扰动观出的最大功率点。图1为太阳电池阵列的输察法出功率特性P2V曲线。由图可知,当太阳电
池工作电压小于最大功率点电压Umax时,,介绍输出功率随太阳电池端电压V上升而增加;
工作电压大于最大功率点电压Umax时,输
太阳能作为一种无污染、可再生的能出功率随V上升而减少。实现最大功率点跟源,日益受到人们的关注,光伏发电在未来踪实质上是一个自寻优过程,即通过控制太的供电系统中扮演着重要的角色[1]。但是,阳电池端电压V,使电池能在各种不同的日光伏发电由于其核心光伏阵列具有非线性照和温度环境下智能化地输出最大功率,不的输出特性,受光照强度、环境温度和负载断获得最大功率输出,这就是太阳电池的最的影响较大导致输出功率不稳定,发电效率大功率跟踪。实现最大功率跟踪有不同的方降低。因此如何进一步提高光伏阵列的转换法,如间歇扫描法、功率回授法、扰动观察法、效率,充分利用其转换的能量实现最大功率电导增量法等。比较各种方法,各有所长,笔跟踪,一直是光伏发电系统研究的一项重要者觉得电导增量法最大的优点是当太阳电课题。池上的照度产生变化时,其输出端电压能以
由于电池表面温度和日照强度的变化平稳的方式追随其变化,其电压波动较扰动
观察法小,不易引起输出电压振荡,输出功率点电压和电流;α为电流变化温度系数,单稳定。位为A/?;β为电压变化温度系数,单位为
V/?;Rs为串联电阻。对于晶体硅及多晶硅
太阳电池,其实测值为α=,β
[6]。=;Rs阻值很小,一般小于1Ω
本文是基于晶澳太阳能公司的光伏电
池组件JAMG-6-60-250/SI建立光伏电池模
型,其相关参数为Uoc=,Isc=,
Um=,Im=,Pm=250W,电流温
图,太阳电池输出功率特性曲线度系数=+%/?,电压温度系数
太阳能光伏电池通过半导体材料的光=-%/?。将电流温度系数和电压温度系伏效应来产生电能,电池组件的特性随光照数通过单位换算成α=/?,β辐射强度和电池温度的变化而变化,其输出=/?,。[4]电流—电压数学模型可表示为:下面利用Matlab软件对上述工程用数
学模型进行仿真分析,其仿真模型如下图,,,q(I,R,U)I,R,U,,(1)ssI,I,Iexp,1,,,pho,,AKTR,,所示。,,sh
式(1)中,Iph为光生电流(A),光伏电
池单体数量级为10-4A;Io为PN结反向饱,扰动观察法的研究和电流(A);Rs为串联电阻,阻值很小,一
般小于1Ω;Rsh为旁漏电阻,阻值比较高,扰动观测法的原理就是扰动功率变换一般数量级为KΩ;A为二极管品质因子;K器的占空比,引起光伏阵列输出电压的变为波耳兹曼常数(K=×10-23J/K);T为绝化,然后通过观测其后的功率变化方向,确对温度(K),T=t+;q为单位电荷数定最大功率点(MaximumPowerPoint,MPP)(q=×10-19C)。的位置。该方法的实现与光伏阵列的具体模
设在某光照条件下,光伏电池的开路电型不相关。该光伏阵列输出功率特性曲线如压和短路电流分别为Uoc和Isc,将式(1)简图三所示。图,中,在MPP左侧,增加(减化为[5]:小)电池电压,导致输出功率同方向变化;
,,,,在MPP右侧,增加(减小)电池电压,导U,DV,,(2)I,I1,Cexp(),1,DI,,,,sc1CU,,2oc,,,,致输出功率反方向变化。如果功率变化为
式(2)中:正,则控制电压保持相同的扰动方向,以达
到MPP;如果功率变化为负,则电压扰动方ssTTIDI,,(,),(,1)refsc向反向[2]。在不同光照强度下,光伏电池ssrefrefP-V特性曲线如图,所示。由图,的光伏电
池P-V曲线可以看出,在最大功率点PmaxDV,-,(T-T),RDIrefs的两侧,斜率dP/dV的符号不同,其中dP
I,Umm和dV分别代表光伏电池的输出功率和输出C,(1,)exp()1ICUsc2oc电压的变化,扰观察法就是利用以上特性来
,1实现最大功率点跟踪的控制策略。扰动观察,,UImmC,(,1)ln(1,)法的控制流程和其仿真模型如图,和图,,,2UIocsc,,所示。
其中,Sref和Tref分别为标准参
考光照强度和标准参考面板温度,一般取
1000W/m2,25?;Uoc和Isc分别为开路
电压和短路电流,Um和Im分别为最大功率
图,光伏电池功率电压曲线
图,光伏组件的输出电压,输出电流,输出IV基于扰动观察法的MPPT研究功率仿真波形图
图,所示是在太阳能电池组件面板温目前,最大功率点跟踪控制策略有很多度T=25?、光照强度R=1000W/m2时,采种。本文采用Boost电路结构调整组建成电用电导增量算法仿真的光伏发电系统光伏导增量法MPPT光伏发电系统的仿真模型,组件的输出功率和负载得到的功率仿真波如图六所示。电感L值为8e-5H,电容C值形对比图。从对比上可以看出,在开始的一段为3e-3F、C2值为4e-3F,负载电阻R值为时间里系统的振荡较大,之后系统趋于稳100Ω。在仿真模型中,PV模块模拟的对象定。光伏发电系统能够在最短时间对MPP还是晶澳太阳能公司的JAMG-6-60-250/SI光并对其进行跟踪,。伏电池组件。并采用ode23tb算法,绝对误
差允许范围可自动调节,从0秒开始仿真,仿真时间设为1秒。
图,所示为在太阳能电池组件面板温
度T=25?、光照强度R=1000W/m2时,采
用扰动观察算法仿真的光伏发电系统光伏
组件的输出电压,输出电流,输出功率仿真
波形图。
图,负载两端电压仿真波形图
图,光伏阵列Simulink模型
图,基于扰动观察法的MPPT仿真模型图
图,光伏系统MPPT仿真模型图
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single-stageinverterwithmaximumpowerpoint
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书中横卧着整个过去的灵魂——卡莱尔
人的影响短暂而微弱,书的影响则广泛而深远——普希金
人离开了书,如同离开空气一样不能生活——科洛廖夫
书不仅是生活,而且是现在、过去和未来文化生活的源泉——库法耶夫
书籍把我们引入最美好的社会,使我们认识各个时代的伟大智者———史美尔斯
书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的,是富有启发性的养料。而阅读,则正是这种养料———雨果